具有發熱元件和散熱器的薄膜磁頭的製作方法
2023-12-12 09:48:02
專利名稱：具有發熱元件和散熱器的薄膜磁頭的製作方法
優先權要求本申請要求於2005年6月28日申請的日本專利申請No.2005-188017的優先權，該申請在此以引用的方式被納入。
背景技術：
發明領域本發明涉及具有發熱元件和散熱器的薄膜磁頭、具有該薄膜磁頭的磁頭萬向架組件(HGA)以及具有該HGA的磁碟驅動器裝置。
相關技術描述在磁碟驅動器裝置中，薄膜磁頭(浮動塊)在寫或讀信號時以預定間距(浮動高度)液動地(hydrodynamically)懸浮在旋轉的磁碟上。當薄膜磁頭在磁碟上浮動時，其利用感應式寫入頭元件產生的磁場將信號寫入磁碟，並利用磁阻(MR)效應讀取頭元件通過檢測與所述信號相應的磁場從磁碟讀取信號。在這些情形下，磁間距dMS的定義是這些頭元件的末端與磁碟表面之間的有效磁距。
近些年，由於數據存儲容量的不斷增大和磁碟驅動器裝置的小型化導致了更高的記錄密度，所以薄膜磁頭的磁軌寬度變得較小。實際上，為了避免因磁軌寬度較小而導致寫和讀性能下降，最新的磁碟驅動器裝置將磁間距dMS減小到10nm或更小的量級。
通常，當將寫電流施加到感應式寫入頭元件上時，因焦耳熱、渦流損失等引起的熱膨脹導致發生熱磁極尖伸出(thermal pole tipprotrusion，TPTP)現象，即磁頭元件的末端向磁碟表面伸出。在這種情況下，極小的磁間距dMS可能導致磁頭元件的伸出端接觸磁碟表面。伸出引起的接觸有可能導致故障(熱粗暴)，如產生異常信號等，且有導致磁頭元件和磁碟的物理損壞或損毀(crash)的風險。
為避免引起故障的接觸，例如，在美國專利No.5,991,113、美國專利公開No.2003/0174430A1和2003/0099054A1中，提出了一些技術，這些技術藉助設置在薄膜磁頭內部的發熱器正面利用TPTP現象，以控制磁間距dMS。在這些技術中，磁間距dMS根據發熱器產生的熱所引起的伸出設計，且通過控制操作過程中施加於發熱器的功率進行調節。
當發熱器被設置於覆蓋磁頭元件的保護層中，且其位置距浮動塊襯底某一距離時，發熱器產生的熱在保護層中積累，並引起保護層的有效熱膨脹。結果，單位施加功率所對應的頭端面伸出總量變大。然而，為了使磁頭元件的末端有效地伸出，發熱器需要更接近磁頭元件。在更接近的位置，發熱器也會變得更接近熱導率較高的浮動塊襯底。因此發熱器的更接近位置導致發熱器產生的熱更多地通過浮動塊襯底散逸。作為一種避免該散逸的方法，可通過將發熱器小型化來使熱集中於磁頭元件。發熱器的小型化使磁頭元件的末端能更有效地伸出。
然而，發熱器的小型化可能導致發熱器自身的過度升溫。通常，即使在間歇使用中，也需要穩定的發熱操作來控制很小的伸出量。因此，發熱器需要在位置和尺寸上具有高精度，然而，過度升溫有可能導致發熱器變形，甚至因斷裂等而被毀壞。因此，在過度升溫的情況下，不僅所需的精度而且發熱操作本身得不到保證。
為解決該問題，美國專利公開No.2004/0017638A1中所述的薄膜磁頭具有用於擴散感應式寫入頭元件產生的熱的散熱層，雖然其中並沒有發熱器。在該磁頭中，例如，通過將發熱器設置在散熱器附近以擴散發熱器自身積累的熱，可以防止發熱器的過度升溫。此外，日本專利公開No.2005-011414A中公開了一種薄膜磁頭，其中在位於下磁芯層(下磁極層)之上並與之相對的位置設置發熱器，雖然並非用於散熱目的。在該磁頭中也可防止發熱器的過度升溫。
然而產生了一個問題，即發熱器產生的熱可能導致MR讀取頭元件的可靠性下降。
不管是在使用美國專利公開No.2004/0017638A1中所述的薄膜磁頭時，還是在使用日本專利公開No.2005-011414A中公開的薄膜磁頭時，發熱器產生的熱都可能導致MR多層—MR讀取頭元件的檢測部分—顯著升溫，原因是大量的熱通過散熱層或下磁極層到達MR讀取頭元件。顯著升溫可能導致MR讀取頭元件的可靠性甚至輸出穩定性惡化。尤其是，目前廣泛使用的巨磁阻(GMR)讀取頭元件導致此問題的風險比較高。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種薄膜磁頭、裝備該薄膜磁頭的HGA以及裝備該HGA的磁碟驅動器裝置，所述薄膜磁頭具有改善了的因發熱器產生的熱而引起的、磁頭元件的伸出效率，且不但因抑制發熱器的過度升溫而保證發熱操作的可靠性，而且因抑制MR讀取頭元件的過度升溫而使讀輸出穩定。
在此，解釋本發明之前將定義一些術語。在形成於浮動塊襯底的元件形成面上的磁頭元件的分層結構中，比標準層更接近元件形成面的元件相對於標準層被定義為「以下」(below)或「下」(lower)，位於標準層的疊置方向側的元件相對於標準層被定義為「以上」(above)或「上」(upper)。
根據本發明，提供一種薄膜磁頭，該薄膜磁頭包括至少一個用於寫入和/或讀取數據信號的磁頭元件；用於至少在至少一個磁頭元件的操作期間產生熱的至少一個發熱元件；以及與所述至少一個發熱元件鄰近的至少一個第一散熱元件，所述至少一個第一散熱元件用於接收所述至少一個發熱元件產生的部分熱，所述至少一個第一散熱元件與所述至少一個磁頭元件保持一距離。
作為發熱元件的散熱器的第一發熱器散熱元件與發熱元件鄰近，也就是說，不接觸發熱元件但與之相當接近，其接近程度保證第一發熱器散熱元件能夠接收發熱元件產生的部分熱。因此，即使在獲得所需伸出量的同時也可防止發熱元件的過度升溫。此外，第一發熱器散熱元件與磁頭元件保持一距離，也就是說，與磁頭元件分開一個預定距離。因此，可以避免從第一散熱元件擴散的熱成為MR讀取頭元件過度升溫的因素。結果，因發熱元件產生的熱而引起的、磁頭元件的伸出效率得以改善，同時不但因抑制發熱元件的過度升溫而保證發熱操作的可靠性，而且因抑制MR讀取頭元件的過度升溫而使讀輸出穩定。
在此，所述至少一個磁頭元件優選包括一個感應式寫入頭元件和至少一個與所述感應式寫入頭元件鄰近的第二散熱元件，所述至少一個第二散熱元件用於接收感應式寫入頭元件產生的部分熱。
第二散熱元件充當感應式寫入頭元件的散熱器，因此，可以容易地將第一散熱元件設置為與磁頭元件分開。
此外，還優選所述至少一個磁頭元件包括一個感應式寫入頭元件，且所述至少一個第一散熱元件被設置在使其可以接收感應式寫入頭元件產生的部分熱的位置。
此外，所述至少一個第一散熱元件優選為具有預定面積的矩形，且所述矩形在磁軌寬度方向上的長度大於其在空氣支承面(ABS)的垂直方向上的長度。面積相同但寬度更大的第一散熱元件在進一步抑制MR讀取頭元件升溫的同時使伸出效率得到更大改善。
此外，所述至少一個第一散熱元件優選被設置得就與所述至少一個磁頭元件的關係而言與ABS相對。
還優選所述至少一個磁頭元件包括一個MR讀取頭元件，所述MR讀取頭元件包括下屏蔽層和上屏蔽層，且所述至少一個第一散熱元件被設置在與下屏蔽層或上屏蔽層在疊置方向上具有相同或幾乎相同的高度的位置。在此，MR讀取頭元件可以是GMR讀取頭元件。此外，所述至少一個第一散熱元件優選包括單個散熱層，或有/無插入的絕緣層的多個散熱層的多層，且單個散熱層或每個散熱層由與下屏蔽層、上屏蔽層以及感應式寫入頭元件的多個磁極層中的其中之一相同的材料構成。
此外，所述至少一個第一散熱元件優選設置在所述至少一個發熱元件以上/以下。
此外，優選所述至少一個第一散熱元件和所述至少一個發熱元件中的每個都具有平面對稱形狀，且該形狀的每個對稱平面都位於使該對稱平面與所述至少一個磁頭元件的ABS垂直的平面內。
此外，所述至少一個磁頭元件優選包括用於縱向磁記錄或垂直磁記錄的感應式寫入頭元件。
根據本發明，還提供了HGA，其包括上述薄膜磁頭；所述至少一個磁頭元件的第一示蹤導體(trace conductor)；用於提供電流給所述至少一個發熱元件的第二示蹤導體；以及用於支撐薄膜磁頭的支撐結構。
根據本發明，還提供了磁碟驅動器裝置，其包括至少一個上述HGA；至少一個磁碟；以及記錄/再現和發熱控制裝置，所述記錄/再現和發熱控制裝置用於控制薄膜磁頭向所述至少一個磁碟的讀和寫操作，以及控制提供給所述至少一個發熱元件的電流。
通過以下對附圖中所示的本發明的優選實施方案的說明，本發明的其他目的及優點將顯而易見。在不同的附圖中，相同的要素用相同的參考數字標出。
圖1示出了示意性圖解根據本發明的磁碟驅動器裝置的一個實施方案的主要部分的結構的透視圖；圖2示出了圖解根據本發明的HGA的一個實施方案的透視圖；圖3a示出了設置在HGA的端部上的薄膜磁頭(浮動塊)的一個實施方案的透視圖；圖3b示出了示意性圖解圖3a中所示磁頭元件的平面圖；圖4a示出了沿圖3b中A-A線截取的剖面圖，該解了薄膜磁頭的主要部分的結構，所述薄膜磁頭裝備有圖3b中所示的用於縱向磁記錄的磁頭元件；圖4b示出了圖解薄膜磁頭的主要部分的結構的剖面圖，所述薄膜磁頭裝備有作為根據本發明的另一實施方案的用於垂直磁記錄的磁頭元件；圖5a至5i示出了示意性圖解根據本發明的發熱器散熱元件的多種可選方案的剖面圖；圖6示出了圖解圖4a所示發熱元件的一個實施方案的結構的平面圖；圖7示出了沿圖3a中B-B線截取的剖面圖，所述剖面解了發熱元件的驅動電極的結構；圖8a至8h示出了沿圖3b中A-A線截取的剖面圖，所述剖面圖解釋了圖4a中所示薄膜磁頭的製造過程；圖9a至9f示出了沿圖3b中A-A線截取的剖面圖，所述剖面圖解釋了圖4a中所示薄膜磁頭的製造過程；圖10a至10c示出了沿圖3b中A-A線截取的剖面圖，所述剖面圖解釋了圖4a中所示薄膜磁頭的製造過程；圖11示出了圖解圖1所示磁碟驅動器裝置的記錄/再現和發熱控制電路的電路結構的方框圖；
圖12a示出了圖解根據本發明的實施方案1的薄膜磁頭中的主要部分的結構的剖面圖；圖12b示出了說明薄膜磁頭中發熱器散熱元件的尺寸和位置的平面圖；圖13a示出了圖解沒有散熱元件的常規薄膜磁頭中的主要部分的結構的剖面圖；圖13b示出了說明圖13a所示結構的尺寸的平面圖；圖14a示出了圖解作為對比實例的僅具有線圈散熱元件的薄膜磁頭中的主要部分的結構的剖面圖；圖14b示出了說明圖14a所示薄膜磁頭中線圈散熱元件的尺寸和位置的平面圖；圖15示出了表1中所示的常規實例、對比實例和實施方案1的MR多層和發熱元件的單位功率所對應升溫的曲線圖；圖16示出了表1中所示的常規實例、對比實例和實施方案1的MR多層和發熱元件的單位溫度所對應伸出量的曲線圖；圖17a示出了圖解薄膜磁頭的其他實施方案的主要部分的結構的剖面圖；圖17b示出了說明其它實施方案中發熱器散熱元件的尺寸和位置的平面圖；圖18a示出了表3中所示的這些實施方案的MR多層的單位功率所對應升溫的曲線圖；圖18b示出了表3中所示的這些實施方案的發熱元件的單位功率所對應升溫的曲線圖；圖19a示出了表3中所示的實施方案的MR多層的單位溫度所對應伸出量的曲線圖；和圖19b示出了表3中所示的實施方案的發熱元件的單位溫度所對應伸出量的曲線圖。
具體實施例方式
圖1示出了示意性圖解根據本發明的磁碟驅動器裝置的一個實施方案的主要部分的結構的透視圖，圖2示出了圖解根據本發明的HGA的一個實施方案的透視圖，圖3a示出了設置在HGA的端部上的薄膜磁頭(浮動塊)的一個實施方案的透視圖，圖3b示出了示意性圖解圖3a中所示磁頭元件的平面圖。
在圖1中，參考數字10表示繞主軸馬達11的旋轉軸旋轉的多個磁碟，12表示用於將薄膜磁頭(浮動塊)21定位在磁軌上的組件架設備(assembly carriage device)，13表示用於控制薄膜磁頭的讀/寫操作以及將在稍後描述的發熱元件的發熱操作的記錄/再現和發熱控制電路。
組件架設備12裝備有多個驅動臂14。這些驅動臂14可通過音圈馬達(VCM)15繞樞軸支撐軸(pivot bearing axis)16旋轉，並可沿該軸16的方向疊置。HGA 17設置在各個驅動臂14的端部。浮動塊以這樣一種方式安裝在各個HGA 17上，使得浮動塊面向各個磁碟10的表面。磁碟10、驅動臂14、HGA 17以及薄膜磁頭(浮動塊)21各自的數量還可以僅為一個。
如圖2所示，通過將具有磁頭元件的浮動塊21固定在懸架20的端部上，以及將接線部件(wiring member)25的一端電連接到浮動塊21的信號電極，構造HGA。
懸架20主要由負載梁22、被固定和承託在負載梁22上的具有彈性的撓性件(flexure)23、設置在負載梁22的基底部分上的基板(baseplate)24和接線部件25構成，接線部件25由示蹤導體和電連接到示蹤導體兩端的連接焊盤構成並設置在撓性件23上。顯然，根據本發明的HGA中的懸架的結構並不限於上述一種結構。儘管在圖中未示出，但還可能在懸架20的某個中點附上一個磁頭驅動IC晶片。
如圖3a所示，薄膜磁頭(浮動塊)21裝備有被形成用以獲得合適的浮動高度的ABS 30、形成於元件形成面31上的磁頭元件32、用於因熱膨脹而將磁頭元件32向磁碟伸出的發熱元件36、鄰近發熱元件36以接收發熱元件36所產生的一部分熱的發熱器散熱元件(第一散熱元件)37、在保護層87的表面上露出的四個信號電極38和兩個驅動電極39，所述保護層87形成於元件形成面上。磁頭元件32包括MR讀取頭元件33和感應式寫入頭元件34。四個信號電極38與MR讀取頭元件33以及感應式寫入頭元件34相連，兩個驅動電極39與發熱元件36相連。
兩個驅動電極39分別位於四個信號電極38組的兩側。這樣的布置能防止如日本專利公開No.2004-234792A中所述的、MR讀取頭元件和感應式寫入頭元件的線路之間的串擾。當然，當允許串擾時，兩個驅動電極39可以被置於四個信號電極38的居間位置。電極的數量和位置不限於圖3a的模式。在圖3a所示的實施方案中有六個電極，然而也可能提供五個電極和一個連接到浮動塊襯底的地。
如圖3b所示，MR讀取頭元件33和感應式寫入頭元件34的一端抵達位於ABS 30那側的頭端面300。當浮動塊21寫入和讀取時，其以預定的浮動高度液動地懸浮在旋轉的磁碟上，且通過檢測信號場進行的讀取和通過施加信號場進行的寫入由元件的、與磁碟表面相對的一端執行。
線圈散熱元件(第二散熱元件)35被設置得鄰近感應式寫入頭元件34的下磁極層340。通過接收和擴散因通過感應式寫入頭元件35施加寫電流而生成的一部分焦耳熱和渦流損失，線圈散熱層35抑制由寫操作引起的不可控的TPTP現象。
另外，在本實施方案中，發熱元件36和發熱器散熱元件37被設置在就與磁頭元件32的關係而言與頭端面300(ABS 30)相對的位置。由於因提供功率給發熱元件36而產生的熱引起磁頭元件32自身的熱膨脹，且由於周圍材料的熱膨脹引起磁頭元件32的伸出，磁頭元件32以這樣一種方式向磁碟表面伸出，使得頭端面300膨脹。通過控制該伸出，可將磁間距dMS在期望的窄範圍內調整。
在本實施方案中，被設置位於發熱元件36之下且與之鄰近的發熱器散熱元件37為矩形，其面積大於發熱元件36的面積，它接收發熱元件36產生的一部分熱。所接收的熱的比率可以通過改變發熱器散熱元件37的尺寸、形狀、組成材料，中間層的組成材料以及發熱器散熱元件37與發熱元件36之間的位置關係等等來控制。因此，即使在防止發熱元件36過度升溫的情況下，也可以用發熱元件36獲得足夠的伸出。而且，發熱器散熱元件37與磁頭元件32保持預定的距離，且不與如金屬之類的具有高熱導率的材料的任何部分相連。因此，可以避免從發熱器散熱元件37擴散的熱成為MR讀取頭元件33過度升溫的因素。
發熱器散熱元件37的尺寸和形狀以及發熱器散熱元件37與發熱元件36之間的位置關係等等不限於上述實施方案的情形。將會詳細說明發熱器散熱元件的可替換方案。
圖4a示出了沿圖3b中A-A線截取的剖面圖，該解了薄膜磁頭的主要部分的結構，所述薄膜磁頭裝備有圖3b中所示的用於縱向磁記錄的磁頭元件32，圖4b示出了圖解薄膜磁頭的主要部分的結構的剖面圖，所述薄膜磁頭裝備有作為根據本發明的另一實施方案的用於垂直磁記錄的磁頭元件32』。在圖4b中，與圖4a中所示的元件相應的元件用與圖4a中相同的參考數字標記，並省略對其結構的說明。而且，為簡化圖起見，圖4a和4b中線圈的圈數顯得好象比圖3b中的圈數少。
在圖4a中，參考數字210表示具有與磁碟表面相對的ABS 30的浮動塊襯底。當將ABS 30設為底時，在作為側面的元件形成面上，主要形成MR讀取頭元件33、感應式寫入頭元件34、線圈散熱元件(第二散熱元件)35、發熱元件36、發熱器散熱元件(第一散熱元件)37和覆蓋這些元件的保護層87。
MR讀取頭元件33包括MR多層332、其位置將MR多層332夾在中間的下屏蔽層330和上屏蔽層334。MR多層332包括一個電流在平面內的巨磁阻(CIP-GMR)多層膜、一個電流垂直於平面的巨磁阻(CPP-GMR)多層膜或一個隧道型磁阻(TMR)多層膜，並以極高的靈敏度從磁碟檢測信號場。上、下屏蔽層334和330的作用是屏蔽給MR多層332帶來噪聲的外部磁場。
當MR多層332包括CIP-GMR多層膜時，分別在MR多層332與上、下屏蔽層334和330的每個之間設置上、下屏蔽間隙層，而且，形成MR引線導體層用於施加檢測電流和引出再現輸出。然而，當MR多層332包括CPP-GMR或TMR多層膜時，上、下屏蔽層334和340還分別充當上、下電極。在這種情況下，不需要上、下屏蔽間隙層和MR引線導體層並將其省略，並在從頭端面300觀察時的MR多層332的後側、以及MR多層332的沿磁軌寬度方向的兩側形成絕緣層。
發熱器散熱元件37起著重要作用，尤其是在MR多層332包括CIP-GMR或CPP-GMR多層膜的情況下。實際上，GMR效應比TMR效應具有更大的溫度依賴性，溫度的升高會嚴重減弱GMR效應。因此，為了在這種情況下使大的輸出保持穩定，CIP-GMR或CPP-GMR多層膜的升溫需要變小。而且，在這種情況下，需要避免因加速的電遷移而導致MR讀取頭元件劣化，因為CIP-GMR或CPP-GMR多層膜的溫度會因承受大的檢測電流而變得相當高。根據本發明，發熱器散熱元件37解決了該情形下的這一問題。
感應式寫入頭元件34在本實施方案中用於縱向磁記錄，其裝備有下磁極層340、寫入間隙層341、線圈層343、線圈絕緣層344和上磁極層345。上、下磁極層345和340為磁性路徑，以引導流過線圈層343的電流所引起的磁通量，且端部345a和340a夾著寫入間隙層341的位於頭端面300側的端部。作為來自寫入間隙層341的端部的洩漏磁場，寫入磁場向磁碟寫入以進行縱向磁記錄。上、下磁極層345和340位於磁碟側的末端抵達頭端面300。頭端面300塗有金剛石樣的碳(DLC)等作為極薄的保護膜。圖4a中所示的線圈層343為單層，然而線圈層也可以具有雙層或多層結構，或具有螺旋線圈形狀。
由絕緣材料或金屬形成的非磁性層被設置於上屏蔽層334和下磁極層340之間，用於將MR讀取頭元件33與感應式寫入頭元件34在磁性上分離。然而，非磁性層不是必需的，取代夾於上屏蔽層344和下磁極層340之間的非磁性層，可僅形成一個磁性層來起層344和340的作用。
線圈散熱元件(第二散熱元件)35被設置於線圈層343的一個部分之下且與之鄰近，線圈層343的所述部分與稍後描述的後間隙(back-gap)部分(如圖9a中參考數字47)相比距頭端面更遠。線圈散熱元件35具有這樣的結構第一線圈散熱層350、第二線圈散熱層351和第三線圈散熱層352以此順序疊置，且在其中插入絕緣層。第一線圈散熱層350、第二線圈散熱層351和第三線圈散熱層352分別由與下屏蔽層330、上屏蔽層334和下磁極層340相同的金屬材料形成，因此，線圈散熱元件35整體具有高的熱導率。結果，線圈散熱層35有效地接收和擴散感應式寫入頭元件34產生的部分熱，因而抑制了因寫入操作而導致的TPTP現象。在此，可以將插入的絕緣層省略。線圈散熱元件也可以由第一、第二和第三線圈散熱層中的一個或兩個構成，且有/無插入的絕緣層。進一步，線圈散熱元件不是必需的，當感應式寫入頭元件34產生熱的程度在允許的範圍內時，可以省略。
發熱元件36被設置在就與磁頭元件32的關係而言與頭端面300相對的位置，且與下磁極層340在疊置方向上具有相同的高度，並裝備有發熱層360和發熱器絕緣層361。提供給發熱層360的功率導致產生預定的熱。可通過使用保護層代替發熱器絕緣層361來將層361省略。
發熱器散熱元件(第一散熱元件)37被設置位於發熱元件36之下且相隔一絕緣層，並具有這樣的多層結構第一發熱器散熱層370和第二發熱器散熱層371疊置，且一個絕緣層插入這些層之間。第一發熱器散熱層370和第二發熱器散熱層371分別由與下屏蔽層330和上屏蔽層334相同的材料形成。因此，發熱器散熱元件37整體具有高的熱導率。結果，發熱器散熱層37有效地接收和擴散發熱元件36產生的部分熱，因而防止了發熱元件36自身的過度升溫。在此，第一發熱器散熱層370和第二發熱器散熱層371不限於磁性層，可以是具有一定程度熱導率的非磁性層。然而，當第二發熱器散熱層具有導電性時，必須在發熱器散熱元件37和發熱元件36之間設置某種絕緣裝置，如絕緣層等，以確保電絕緣。
接下來，將會說明根據本發明的薄膜磁頭的另一個實施方案。
在圖4b中，感應式寫入頭元件34』用於垂直磁記錄，並裝備有主磁極層340』、寫入間隙層341』、線圈層343』、線圈絕緣層344』和輔磁極層345』。主磁極層340』為磁性路徑，用於會聚和引導由流過線圈層343』的電流所引起的磁通量，並由主極基本層3400』和主極支撐層3401』組成。對應於主極基本層3400』的厚度，主磁極層340』在頭端面300側的端部340a』在疊置方向上的長度(厚度)變小。結果，主磁極層340』能夠產生對應於更高密度記錄的精細寫入磁場。
輔磁極層345』在頭端面300側的端部在疊置方向上，相比輔磁極層345』的作為拖尾屏蔽部分3450』的其它部分，具有較大的厚度。拖尾屏蔽部分3450』導致其端部3450a』和主磁極層340』的端部340a』之間的磁場梯度更陡。結果，信號輸出的抖動變小，因而能夠降低讀取過程中的錯誤率。
在圖4b中，在MR讀取頭元件33』和感應式寫入頭元件34』之間形成元件間屏蔽層86和反接線圈元件85。反接線圈元件85包括反接線圈層850和反接線圈絕緣層851，通過產生磁通量用以消除由感應式寫入頭元件34』通過MR讀取頭元件33』的上、下屏蔽層而引起的磁迴路，來抑制大面積鄰近磁軌(adjacent-track)擦除(WATE)行為，所述行為是一種不期望的對磁碟的寫或讀操作。在圖4b中線圈層343』是單層，然而也可以具有雙層或多層結構，或具有螺旋線圈形狀。
進一步，在圖4b中，提供了線圈散熱元件(第二散熱元件)35』、發熱元件36』和發熱器散熱元件(第一散熱元件)37』。
線圈散熱元件35』具有這樣的結構第一線圈散熱層350』、第二線圈散熱層351』、第三線圈散熱層352』和第四線圈散熱層353』以此順序疊置，其中插入反接線圈元件85的一部分以及絕緣層。第一線圈散熱層350』、第二線圈散熱層351』、第三線圈散熱層352』和第四線圈散熱層353』分別由與下屏蔽層330、上屏蔽層334、元件間絕緣層86以及主磁極層340』相同的金屬材料形成，因而，線圈散熱元件35』整體具有高的熱導率。結果，線圈散熱層35』有效地接收和擴散感應式寫入頭元件34』和反接線圈元件85產生的部分熱，因而抑制了因寫入操作而產生的TPTP現象。在此，可將插入的絕緣層省略，且線圈散熱元件可由第一、第二、第三和第四線圈散熱層中的一個、兩個或三個構成，且有/無插入的絕緣層。
在本實施方案中，發熱元件36』被設置在就與磁頭元件32』的關係而言與頭端面300相對的位置，且在疊置方向上與反接線圈元件85具有相同的高度，並裝備有發熱層360』和發熱器絕緣層361』。提供給發熱層360』的功率導致產生預定的熱。
發熱器散熱元件37』被設置位於發熱元件36』之下且相隔一絕緣層，並具有這樣的多層結構第一發熱器散熱層370』、第二發熱器散熱層371』以及第三發熱器散熱層372』疊置，且在這些層之間插入絕緣層。第一發熱器散熱層370』、第二發熱器散熱層371』和第三發熱器散熱層372』分別由與下屏蔽層330、上屏蔽層334以及元件間絕緣層86相同的金屬材料形成，因此，發熱器散熱元件37』整體具有高的熱導率。結果，發熱器散熱層37』有效地接收和擴散從發熱元件36』中產生的一部分熱，因而防止發熱元件36』自身的過度升溫。
圖5a至5i示出了示意性圖解根據本發明的發熱器散熱元件的多種可選方案的剖面圖。
如圖5a所示，發熱器散熱元件50可以包括第一層370、第二層371以及第三層372，第三層由與下磁極層340相同的金屬材料形成。如圖5b所示，發熱器散熱元件37可以包括第一層370和第二層371，這對應於圖4a中所示的結構。進一步，如圖5c所示，發熱器散熱元件51可以具有僅有第一層370的單層結構。在這些情形下，可將發熱器散熱層之間插入的絕緣層省略。此外，發熱器散熱元件可以僅由第二或第三層組成。而且，發熱器散熱元件還可以由第一、第二和第三層中的兩層構成，且有/無插入的絕緣層。
如圖5d所示，發熱器散熱元件52可以被設置位於發熱元件36之下且與之鄰近，這對應於圖4a所示的結構。進一步，如圖5e所示，發熱器散熱元件53可以被設置位於發熱元件36之上且與之鄰近。此外，如圖5f所示，兩個發熱器散熱元件54和55可以被設置分別位於發熱元件36之上和之下，而將發熱元件36夾在中間。發熱器散熱元件的尺寸可以根據從發熱元件接收熱的預定速率，在物理上允許的範圍內自由設置。例如，如圖5g所示，可以提供面積大約與發熱元件36一樣小的散熱元件。發熱器散熱元件的形狀不限於矩形，可以具有凸形(convex shape)、缺少(lack)至少一個角的四邊形、三角形或半圓形，或這些形狀中一種、兩種或多於兩種形狀的組合，或這些形狀中的一種或組合形狀但其中的角為圓形。
通常，為了使磁頭元件的末端位置主要在磁軌寬度方向上伸出，需要使因發熱元件發熱而導致的磁頭元件的伸出關於圖5h所示的平面57呈現平面對稱，所述平面57是磁頭元件形狀的對稱平面，且垂直於頭端面300(ABS 30)。為此，發熱元件和發熱器散熱元件的形狀優選關於對稱平面57具有平面對稱，就象發熱元件58和發熱器散熱元件59一樣。進一步，當設置兩個或多個發熱元件和發熱器散熱元件對時，這些對的布局優選關於對稱平面57具有平面對稱。
此外，如圖5i所示，一對發熱元件和發熱器散熱元件優選地被設置位於就與磁頭元件的關係而言與頭端面300(ABS 30)相對的位置Pa、Pa之上的位置Pb或磁頭元件32之上的位置Pc。
根據剛才所述任一實施方案及圖5a至5i所示的可選方案，由於發熱器散熱元件鄰近發熱元件並與磁頭元件保持預定的距離，所以即便在防止發熱元件過度升溫並抑制MR讀取頭元件的更大溫升的情況下，利用發熱元件也可以使磁頭元件獲得足夠的伸出。
圖6示出了圖解圖4a所示發熱元件36的一個實施方案的結構的平面圖。
根據圖6，發熱元件36包括由盤繞(meander)於層內的一條線路組成的發熱層360，以及分別與發熱層360的兩端連接的引線電極360a和360b，構成預定長度的電流路徑。
更具體地說，發熱層360由向上線路部分64、向下線路部分65、連接部分66和67組成，形成所述向上線路部分64以便從預定起點60起以方波形盤繞至迴轉61，形成所述向下線路部分65以便從迴轉61起沿向上線路部分64盤繞至靠近起點60的終點62，所述連接部分66連接起點60與引線電極360b，所述連接部分67連接終點62與引線電極360a。向上線路部分64和向下線路部分65之間形成距離W1以便沿彼此延伸，W1被設置為窄於向上線路部分64的相向部分之間的距離W2和向下線路部分65的相向部分之間的距離W3。顯而易見，發熱層的形狀並不限於上述實施方案，而可以是簡單的線路、U形線路或任何形狀，只要其中具有預定面積的發熱元件能夠產生所需的熱量即可。
發熱層360具有例如大約0.03μm至5μm的厚度，由例如包含NiCu的材料構成。該NiCu中Ni的含量為例如約15至60原子百分比，優選25至45原子百分比。而且，該NiCu中可以包含Ta、Al、Mn、Cr、Fe、Mo、Co、Rh、Si、Ir、Pt、Ti、Nb、Zr和Hf中的至少一種元素作為添加劑。該添加劑的含量優選為5原子百分比或更小。
此外，發熱層360也可以由包含NiCr的材料構成。在這種情況下，該NiCr中Ni的含量為約55至90原子百分比，優選70至85原子百分比。而且，該NiCr中可以包含Ta、Al、Mn、Cu、Fe、Mo、Co、Rh、Si、Ir、Pt、Ti、Nb、Zr和Hf中的至少一種元素作為添加劑。該添加劑的含量優選為5原子百分比或更小。
此外，發熱層360也可以僅由Ta構成或由含有Ta的材料構成。此時，該Ta或含Ta的材料中可以包含Al、Mn、Cu、Cr、Fe、Mo、Co、Rh、Si、Ir、Pt、Ti、Nb、Zr和Hf中的至少一種元素作為添加劑。該添加劑的含量優選為5原子百分比或更小。
此外，發熱層360也可以僅由W構成或由含有W的材料構成。此時，該W或含W的材料中可以包含Al、Mn、Cu、Cr、Fe、Mo、Co、Rh、Si、Ir、Pt、Ti、Nb、Zr和Hf中的至少一種元素作為添加劑。該添加劑的含量優選為5原子百分比或更小。
此外，發熱層360還可由Ti、Cu、Au或NiFe構成。實際上，優選使用其電阻具有相當低的溫度依賴性的材料。另外，引線電極360a和360b也可由與發熱層360相同的材料構成。
圖7示出了沿圖3a中B-B線截取的剖面圖，所述剖面解了發熱元件36的驅動電極39的結構。
根據圖7，從圖6中所示的發熱層360引出的引線電極360a和360b出現在截面中。具有導電性的基底電極膜70a和70b分別在引線電極360a和360b上形成。向上延伸的凸起(bump)71a和71b是通過將基底電極膜70a和70b用作電極進行電解電鍍形成的，它們分別被設置於基底電極膜70a和70b上。基底電極膜70a和70b以及凸起71a和71b由諸如Cu之類的導電材料構成。基底電極膜70a和70b的厚度為約10nm至200nm，凸起71a和71b的厚度為約5μm至30μm。
凸起71a和71b的頂端從保護層87中露出，焊盤72a和72b被設置於這些頂端上。上述這些元件組成驅動電極39。通過驅動電極39將電流提供給發熱元件。同樣，MR讀取頭元件33和感應式寫入頭元件34連接到圖3a中所示的信號電極38。然而為簡化附圖，沒有示出這些元件的連接結構。
圖8a至8h、圖9a至9f以及圖10a至10c示出了沿圖3b中A-A線截取的剖面圖，這些圖解釋了圖4a中所示薄膜磁頭的製造過程。
在下文中，將參照
圖4a中所示薄膜磁頭的製造過程。首先，如圖8a所示，通過例如濺射技術，在由AlTiC(Al2O3-TiC)等構成的浮動塊襯底(晶片襯底)210上沉積絕緣基底層40，所述絕緣基底層由例如Al2O3或SiO2等構成，厚度為約0.1μm至5μm。接著，如圖8b所示，通過例如框架電鍍技術，在絕緣基底層41上用例如NiFe、CoFeNi、CoFe、FeN或FeZrN等或這些合金的多層，形成厚度為約0.5μm至3μm的下屏蔽層330、第一線圈散熱層350和第一發熱器散熱層370。然後，通過例如濺射技術，沉積由例如Al2O3或SiO2等構成的絕緣層，並通過使用化學機械拋光(CMP)技術使絕緣層平整來形成平整層41。
接著，如圖8c所示，通過例如濺射技術或化學氣相沉積(CVD)技術，在下屏蔽層330上沉積下屏蔽間隙層331，所述下屏蔽間隙層由例如Al2O3、SiO2、AlN或DLC等構成，厚度為約0.01μm至0.5μm。接著，如圖8d所示，形成MR多層膜，所述多層膜如各向異性磁阻(AMR)多層膜、包括自旋閥磁阻(SVMR)多層膜在內的GMR多層膜或TMR多層膜。然後，形成具有MR引線層(圖中未示出)的照相底片形狀(就圖案的存在或不存在而言的反形狀)的抗蝕掩模圖。抗蝕掩模圖的截面優選具有適合於之後進行的剝離(lift-off)工序的倒錐形。接著，通過例如研磨技術，用抗蝕掩模圖作為掩模對MR多層膜進行刻蝕。然後，通過例如濺射技術，在不去除抗蝕掩模圖的情況下形成用於形成磁疇控制層(圖中未示出)和MR引線層的膜。此後，用有機溶劑例如丙酮或NMP等，將抗蝕掩模圖及其上用於形成磁疇控制層和MR引線層的膜去除(剝離)。在此，用於形成磁疇控制層的膜由反鐵磁性材料例如CoPt或CoPtCr等構成，其厚度為10納米量級。用於形成MR引線層的膜由導電材料例如W、TiW、Au、AuCu、Ta或Cu等構成，其厚度也為10納米量級。
接著，形成其形狀與MR多層膜和MR引線層的形狀相配合的抗蝕掩模圖。抗蝕掩模圖的截面優選具有適合於之後進行的剝離工序的倒錐形。接著，通過例如研磨技術，用抗蝕掩模圖作為掩模對MR多層膜和MR引線層進行刻蝕。然後，通過例如濺射技術，在不去除抗蝕掩模圖的情況下形成用於形成再填充平整層42的絕緣膜。此後，用有機溶劑例如丙酮或NMP等，將抗蝕掩模圖及其上的絕緣膜去除(剝離)。通過上述剝離工序，形成了MR多層膜332、磁疇控制層、MR引線層和再填充平整層42。在此，用於形成再填充平整層42的膜由絕緣材料例如Al2O3、SiO2、AlN或DLC等構成。
接著，通過例如濺射技術或CVD技術，用例如Al2O3、SiO2、AlN或DLC形成上屏蔽間隙層333，其厚度為約0.01μm至0.05μm。然後，通過例如框架電鍍技術，在上屏蔽間隙層333上用例如NiFe、CoFeNi、CoFe、FeN或FeZrN等或這些合金的多層，沉積形成厚度為約0.5μm至3μm的上屏蔽層334、第二線圈散熱層351和第二發熱器散熱層371。通過上述過程形成了MR讀取頭元件33。此後，如圖8e所示，通過利用例如濺射技術沉積由例如Al2O3或SiO2構成的絕緣層來形成平整層43，然後用CMP技術使絕緣膜平整化。
接著，如圖8f所示，通過例如濺射技術或CVD技術，用絕緣材料例如Al2O3、SiO2、AlN或DLC等，或金屬材料例如Ti、Ta或Pt等形成厚度為約0.1μm至0.5μm的非磁性層44，用於將MR讀取頭元件33與此後形成的感應式寫入頭元件在磁性上分離。然後，如圖8g所示，通過例如框架電鍍技術，在非磁性層44上用例如NiFe、CoFeNi、CoFe、FeN或FeZrN或這些合金的多層等，沉積形成下磁極層340，其厚度為約0.5μm至3μm。
另外，發熱層360的厚度例如約為0.01μm至5μm。通過例如濺射技術或框架電鍍技術，以及幹刻蝕技術，將例如厚度約為0.03μm至5μm的上述NiCu等沉積在非磁性層44上形成發熱層360。然後，通過例如照相平版印刷法，用例如熱固性酚醛樹脂清漆(novolak)蝕刻劑形成發熱器絕緣層361，以覆蓋發熱層360。此後，如圖8h所示，通過利用例如濺射技術沉積由例如Al2O3或SiO2構成的絕緣層，然後用CMP技術使絕緣膜平整化來形成平整層46。
接著，如圖9a所示，通過例如濺射技術或CVD技術，形成由例如Al2O3、SiO2、AlN或DLC等構成的寫入間隙層341，其厚度為約0.01μm至0.05μm。此後，通過例如如研磨技術之類的幹刻蝕技術或採用抗蝕掩模圖的活性離子刻蝕(RIE)，將寫入間隙層341的一部分移除以形成作為下磁極層340的外露部分的後間隙(back-gap)部分47。然後，如圖9b所示，通過例如框架電鍍技術，在寫入間隙層341上沉積例如Cu等以形成線圈層343，其厚度為約1μm至5μm。
接著，如圖9c所示，通過例如照相平版印刷法，用例如熱固性酚醛樹脂光蝕劑形成線圈絕緣層344，其厚度為約0.5μm至7μm，以覆蓋線圈層343。然後，如圖9d所示，通過例如框架電鍍技術，在寫入間隙層431上用例如NiFe、CoFeNi、CoFe、FeN或FeZrN或這些合金的多層等，沉積形成厚度為約0.5μm至3μm的上磁極3450和後接觸(back-contact)磁極3451。
當發熱元件36被設置在與線圈層343在疊置方向上具有相同高度的位置，而不是圖8g所示的位置時，通過例如框架電鍍技術，在形成線圈層343的同時形成發熱層，然後，通過例如照相平版印刷法，在形成線圈絕緣層344的同時，形成發熱器絕緣層以覆蓋發熱層。在這種情況下，製造的步驟數相比發熱元件36被設置在圖8g所示位置的情況大大減少。
接著，如圖9e所示，通過例如濺射技術，沉積由例如Al2O3或SiO2構成的絕緣層以形成平整層48，然後用CMP技術使絕緣膜平整化。然後，如圖9f所示，通過例如濺射技術或CVD技術，用例如Al2O3或SiO2形成絕緣層49。此後，通過例如如研磨技術之類的幹刻蝕技術或採用抗蝕掩模圖的活性離子刻蝕(RIE)，使下面的層的部分暴露，以形成用於連接上磁極和稍後將描述的軛(yoke)的部分80、用於連接後接觸磁極和軛的部分81以及線圈引線部分82。
接著，如圖10a所示，通過例如框架電鍍技術，用例如NiFe、CoFeNi、CoFe、FeN或FeZrN或這些合金的多層等，形成厚度為約0.5μm至3μm的軛層3452和線圈引線層83。在此，還可以通過例如框架電鍍技術，用例如Cu等形成線圈引線層。此後，進行修整研磨工序，以使上磁極3450和下磁極層340的、通過寫入間隙層341彼此相對的末端在磁軌寬度方向上的寬度一致。通過上述形成上磁極3450、後接觸磁極3451和軛層3452的過程，完成了上磁極層345的形成。
接著，如圖10b所示，通過例如濺射技術，沉積由例如Al2O3或SiO2構成的絕緣層，然後用CMP技術使絕緣膜平整化以形成平整層84。然後，如圖10c所示，通過例如濺射技術，用例如Al2O3或SiO2在平整表面上形成保護層87。
接著，已針對其完成了上述薄膜工序的用作浮動塊襯底的晶片襯底被切割成多個窄條(low bar)，其中排列有多個磁頭元件。然後，進行MR高度工序，通過敲擊(rap)窄條獲得所需的MR高度。此後，將經過MR高度工序的窄條切割成多個浮動塊，薄膜磁頭的製造過程完成。
上述製造過程用於圖4a所示的用於縱向磁記錄的薄膜磁頭。然而，也可採用不同條件下的替代過程或其它過程。此外，圖4b所示的用於垂直磁記錄的薄膜磁頭也可用上述過程製造。
圖11示出了圖解圖1所示磁碟驅動器裝置的記錄/再現和發熱控制電路13的電路結構的方框圖。
在圖11中，參考數字90表示記錄/再現控制LSI，91表示從記錄/再現控制LSI 90接收記錄數據的寫門，92表示寫電路，93表示ROM，其存儲用於控制施加於發熱元件的電流值的表等，95表示提供檢測電流到MR讀取頭元件33的恆流電路，96表示將MR讀取頭元件33的輸出電壓放大的放大器，97表示輸出再現數據給記錄/再現控制LSI 90的解調器電路，98表示溫度檢測器，99表示用於控制發熱元件36的發熱元件控制單元。
從記錄/再現控制LSI 90輸出的記錄數據被提供給寫門91。僅當從記錄/再現控制LSI 90輸出的記錄控制信號指示寫操作時，寫門91才將記錄數據提供給寫電路92。寫電路92讓對應於該記錄數據的寫電流流過線圈層343，感應式寫入頭元件34將數據寫到磁碟上。
僅當從記錄/再現控制LSI 90輸出的再現控制信號指示讀操作時，恆定電流才從恆流電路95流入MR多層332中。該MR讀取頭元件33再現的信號由放大器96放大，由解調器電路97解調，然後，所獲得的再現數據被輸出給記錄/再現控制LSI 90。
發熱元件控制單元99接收從記錄/再現控制LSI 90輸出的發熱開/關信號和發熱電流控制信號。當發熱開/關信號為開操作指示時，電流流入發熱元件36的發熱層360中。這種情況下的電流值被控制為一個對應於發熱電流控制信號的值。LSI 90根據寫/讀操作的狀態、溫度檢測器98測得的溫度值等來確定發熱開/關信號和發熱電流控制信號的值。
這樣，通過提供獨立於記錄/再現控制信號系統的、發熱開/關信號和發熱電流控制信號的系統，有可能採用更多種電流施加模式。
顯然，記錄/再現和發熱控制電路13的電路結構不限於圖11所示的結構。還可能利用除記錄/再現控制信號之外的信號來規定寫和讀操作。發熱元件36的發熱優選在寫和讀操作期間都進行，然而，發熱也可僅在寫或讀時進行，或僅在預定時段內進行。此外，既可能用直流(DC)也可能用交流(AC)或脈衝電流等作為流過發熱元件36的電流。
在下文中，將通過公開一些實施方案來說明在根據本發明的薄膜磁頭中引入發熱器散熱元件的效果。
實施方案1的結構圖12a示出了圖解根據本發明的實施方案1的薄膜磁頭中的主要部分的結構的剖面圖，圖12b示出了說明該薄膜磁頭中發熱器散熱元件的尺寸和位置的平面圖。
根據圖12a，發熱元件1200、發熱器散熱元件(第一散熱元件)1201和線圈散熱元件(第二散熱元件)1202的結構和布局幾乎與圖4a中所示實施方案相同。發熱器散熱元件1201包括作為主要層的第一和第二發熱器散熱層。根據圖12b，發熱器散熱元件1201為矩形，尺寸為WHS1＝90μm、LHS1＝30μm，其中WHS1為矩形在磁軌寬度方向上的長度，LHS1為矩形在垂直於ABS(頭端面300)的方向上的長度。發熱器散熱元件1201和線圈散熱元件1202之間的間距G1為5μm，線圈散熱元件1202的尺寸為WHS2＝90μm、LHS2＝20μm。此外，圖中G2＝5μm、LMP＝25μm。
常規實例的結構圖13a示出了圖解沒有散熱元件的常規薄膜磁頭中的主要部分的結構的剖面圖，圖13b示出了說明所述結構的尺寸的平面圖。
根據圖13a，常規薄膜磁頭既沒有發熱元件，也沒有散熱元件。根據圖13b，下磁極層340的尺寸為WMP＝90μm、LMP＝25μm。
對比實例的結構圖14a示出了圖解作為對比實例的僅有線圈散熱元件的薄膜磁頭中的主要部分的結構的剖面圖，圖14b示出了說明所述薄膜磁頭中線圈散熱元件的尺寸和位置的平面圖。
根據圖14a，在對比實例中，薄膜磁頭沒有發熱器散熱元件，具有第一和第二層的多層線圈散熱元件1402延伸至剛好位於發熱元件1400之下的區域。根據圖14b，線圈散熱元件1402的尺寸為WHS2＝90μm、LHS2＝20μm。此外，圖中G2＝5μm、LMP＝25μm。
常規實例、對比實例以及實施方案1
下面，將說明常規實例、對比實例和實施方案1的薄膜磁頭在發熱操作過程中的升溫量和伸出量的模擬結果。
表1示出了常規實例、對比實例和實施方案1的單位功率升溫和單位溫度伸出量的模擬結果。在該模擬中，發熱元件的電阻值為100ohm，施加到發熱元件上的功率為100mW。將頭端面中上、下屏蔽層之間的讀間隙的伸出值確定為伸出量。此外，設操作環境為薄膜磁頭面向磁碟表面浮動，且薄膜磁頭產生的一部分熱向磁碟擴散。
表1
在該表中，單位功率升溫定義為對MR多層或發熱元件施加的單位電功率所產生的升溫量。單位功率升溫越小，升溫受到越大的抑制。此外，單位溫度伸出量是當溫度升高1℃時MR多層或發熱元件的伸出增量。該量值越大，即使在抑制升溫的情況下能獲得的伸出量也越大。
圖15示出了表1中所示的常規實例、對比實例和實施方案1的MR多層和發熱元件的單位功率升溫的曲線圖。
如圖15所示，注意到，實施方案1中的MR多層的單位功率升溫最小。此外，實施方案1和對比實例中發熱元件的單位功率升溫顯著小於常規實例。因此清楚的是，如在實施方案1中，通過提供與磁頭元件分開的發熱器散熱元件可以充分抑制MR多層以及發熱元件的升溫。
圖16示出了表1中所示的常規實例、對比實例和實施方案1的MR多層和發熱元件的單位溫度伸出量的曲線圖。
如圖16所示，注意到，與常規實例相比，實施方案1和對比實例中發熱元件的單位溫度伸出量得到更大的改善。然而，對比實例中MR多層的單位溫度伸出量變得相當小，但在實施方案1中保持與常規實例中幾乎相同的值。因此清楚的是，如在實施方案1中，即使在抑制發熱元件和MR多層的升溫的同時，通過提供與磁頭元件分開的發熱器散熱元件可以獲得更大的伸出量。
實施方案2和3下面將要說明多種結構的發熱器散熱元件的升溫量和伸出量的模擬結果。
表2示出了實施方案2和3中單位功率升溫和單位溫度伸出量的模擬結果。表中還描述了實施方案1的結果，以方便數值的比較。在此，實施方案2的發熱器散熱元件具有圖5c所示的單層結構，實施方案3的發熱器散熱元件具有圖5a所示的包括第一、第二和第三發熱器散熱層的主三層結構。在該模擬中，發熱元件的電阻值為100ohm，施加到發熱元件上的功率為100mW。將頭端面中上、下屏蔽層之間的讀間隙的伸出值確定為伸出量。此外，設操作環境為薄膜磁頭面向磁碟表面浮動，且薄膜磁頭產生的一部分熱向磁碟擴散。
表2
根據該表，注意到，與常規實例相比，實施方案2和3中的MR多層和發熱元件的單位功率升溫以及發熱元件的單位溫度伸出量得到了改善。MR多層的單位溫度伸出量與常規實例具有同一量級的值。因此清楚的是，如在實施方案2和3中，即使在抑制發熱元件和MR多層升溫的同時，通過提供與磁頭元件分開的發熱器散熱元件可以獲得更大的伸出量。
顯然，與上述實施方案不同的實施方案也可能在本發明的範圍內。圖17a示出了圖解薄膜磁頭的其他實施方案中的主要部分的結構的剖面圖，圖17b示出了說明這些實施方案中發熱器散熱元件尺寸和位置的平面圖。
根據圖17a，發熱元件1700和發熱器散熱元件1701被設置得彼此鄰近，並與磁頭元件32分開預定的距離。未提供線圈散熱元件，發熱器散熱元件1701還針對感應式寫入頭元件34起散熱器的作用。發熱器散熱元件1701主要具有第一和第二發熱器散熱層，然而也可以僅具有第一層，或還具有第三層，這取決於發熱元件1700的位置。
實施方案1和4至7下面，將說明具有各種尺寸(面積)的發熱器散熱元件的薄膜磁頭的升溫量和伸出量的模擬結果。
實施方案4至7具有與實施方案1相同的、如圖12a和12b所示的結構，且具有尺寸各不相同的發熱器散熱元件。
在實施方案4、5(和1)中，WHS1的值同為90μm，而LHS1分別為11、16(和30)μm。在實施方案6、7(和1)中，LHS1的值同為30μm，而WHS1分別為30、50(和90)μm。另外，在實施方案4至7(和1)中，G2＝5μm、LMP＝25μm。
表3示出了實施方案1和4至7中單位功率升溫和單位溫度伸出量的模擬結果。在該表中，還示出了實施方案1的結果，並分別與實施方案4、5以及實施方案6、7一起兩次列於表中，以便於數值的比較。在該模擬中，發熱元件的電阻值為100ohm，施加到發熱元件上的功率為100mW。將頭端面中上、下屏蔽層之間的讀間隙的伸出值確定為伸出量。此外，設操作環境為薄膜磁頭面向磁碟表面浮動，且薄膜磁頭產生的一部分熱向磁碟擴散。
表3
圖18a示出了表3中所示的這些實施方案的MR多層的單位功率升溫的曲線圖，圖18b示出了表3中所示的這些實施方案的發熱元件的單位功率升溫的曲線圖。在這些曲線圖中，橫軸是發熱元件的面積。因此，便於在具有相同面積的發熱元件的樣本之間比較單位功率升溫。
如圖18a所示，注意到，在面積相同的情況下，通過實施方案4、5和1的、WHS1具有恆定的最大值90μm的數據點而形成的曲線上的MR多層的單位功率升溫，小於通過實施方案6、7和1的、具有較小的WHS1值的數據點而形成的曲線上的相應值。在此，如表3所示，實施方案4、5和1中的WHS1值至少是LHS1值的三倍。而實施方案6、7和1中的WHS1值等於或大於LHS1值，但小於LHS1值的三倍。因此，當使用面積相同但WHS1較大的發熱元件時，MR多層的單位功率升溫受到更大的抑制。此外，如圖18b所示，發熱元件的單位功率升溫具有與上述MR多層相同的趨勢。因此，當使用面積相同但WHS1較大的發熱元件時，發熱元件自身的單位功率升溫受到更大的抑制。
圖19a示出了表3中所示的實施方案的MR多層的單位溫度伸出量的曲線圖，圖19b示出了表3中所示的實施方案的發熱元件的單位溫度伸出量的曲線圖。
如圖19a所示，注意到，在面積相同的情況下，通過實施方案4、5和1的、WHS1具有恆定的最大值90μm的數據點而形成的曲線上的MR多層的單位溫度伸出量，大於通過實施方案6、7和1的、具有較小的WHS1值的數據點而形成的曲線上的相應值。在此，如表3所示，實施方案4、5和1中的WHS1值至少是LHS1值的三倍。而實施方案6、7和1中的WHS1值等於或大於LHS1值，但小於LHS1值的三倍。因此，當使用面積相同但WHS1較大的發熱元件時，單位溫度伸出量得到更大的改善。此外，如圖19b所示，發熱元件的單位溫度伸出量具有與上述MR多層相同的趨勢。因此，當使用面積相同但WHS1較大的發熱元件時，發熱元件自身的單位溫度伸出量也得到更大的改善。
根據圖18a和18b以及圖19a和19b所示的結果，應該理解的是，通過使發熱器散熱元件的寬度更大，即使在進一步抑制MR讀取頭元件升溫的同時，也使磁頭元件的伸出效率得到更大的改善。
包括實施方案1至7在內的以上所有實施方案，尤其是發熱器散熱元件的尺寸，僅是對本發明的示例，並不旨在限制。過大的發熱器散熱元件會導致單位施加功率伸出量(nm/mW)顯著降低。相反，過小的發熱器散熱元件會導致單位功率升溫(℃/mW)顯著升高。因此，優選將發熱器散熱元件的尺寸設計為使得單位溫度伸出量(nm/℃)等於或大於一個預定值，所述單位溫度伸出量等於單位功率伸出量除以單位功率升溫。此外，優選考慮，通過防止諸如斷路之類的失效來保證可靠性所要求的升溫上限取決於發熱元件的尺寸、形狀和組成材料。
此外，在不偏離本發明的主旨和範圍的情況下，可以構造本發明的多種大不相同的改型和變體。因此，本發明僅由以下權利要求及其等同物所限定的範圍限制。
權利要求
1.一種薄膜磁頭，包括至少一個用於寫和/或讀數據信號的磁頭元件；用於至少在所述至少一個磁頭元件的操作期間產生熱的至少一個發熱元件；以及與所述至少一個發熱元件鄰近的至少一個第一散熱元件，所述至少一個第一散熱元件用於接收所述至少一個發熱元件產生的部分熱，所述至少一個第一散熱元件與所述至少一個磁頭元件保持某一距離。
2.權利要求1的薄膜磁頭，其中所述至少一個磁頭元件包括一個感應式寫入頭元件和至少一個與所述感應式寫入頭元件鄰近的第二散熱元件，所述第二散熱元件用於接收所述感應式寫入頭元件產生的部分熱。
3.權利要求1的薄膜磁頭，其中所述至少一個磁頭元件包括一個感應式寫入頭元件，且所述至少一個第一散熱元件的位置使其可以接收所述感應式寫入頭元件產生的部分熱。
4.權利要求1的薄膜磁頭，其中所述至少一個第一散熱元件為具有預定面積的矩形，且所述矩形在磁軌寬度方向上的長度大於其在空氣支承面的垂直方向上的長度。
5.權利要求1的薄膜磁頭，其中所述至少一個第一散熱元件就與所述至少一個磁頭元件的關係而言與空氣支承面相對。
6.權利要求1的薄膜磁頭，其中所述至少一個磁頭元件包括一個磁阻讀取頭元件，所述磁阻讀取頭元件包括下屏蔽層和上屏蔽層，且所述至少一個第一散熱元件的位置在疊置方向上與所述下屏蔽層或所述上屏蔽層具有相同或幾乎相同的高度。
7.權利要求6的薄膜磁頭，其中所述磁阻讀取頭元件是巨磁阻讀取頭元件。
8.權利要求6的薄膜磁頭，其中所述至少一個第一散熱元件包括單個散熱層，或有/無插入的絕緣層的多個散熱層的多層，且所述單個散熱層或所述多個散熱層的每層由與所述下屏蔽層、所述上屏蔽層以及所述感應式寫入頭元件的多個磁極層中的其中之一相同的材料構成。
9.權利要求1的薄膜磁頭，其中所述至少一個第一散熱元件位於所述至少一個發熱元件以上。
10.權利要求1的薄膜磁頭，其中所述至少一個第一散熱元件位於所述至少一個發熱元件以下。
11.權利要求1的薄膜磁頭，其中所述至少一個第一散熱元件和所述至少一個發熱元件的每一個都具有平面對稱形狀，且所述形狀的每個對稱平面都位於所述至少一個磁頭元件的垂直於空氣支承面的對稱平面內。
12.權利要求1的薄膜磁頭，其中所述至少一個磁頭元件包括一個用於縱向磁記錄或用於垂直磁記錄的感應式寫入頭元件。
13.一種磁頭萬向架組件，包括薄膜磁頭，所述薄膜磁頭包括至少一個用於寫和/或讀數據信號的磁頭元件；用於至少在所述至少一個磁頭元件的操作期間產生熱的至少一個發熱元件；以及與所述至少一個發熱元件鄰近的至少一個第一散熱元件，所述至少一個第一散熱元件用於接收所述至少一個發熱元件產生的部分熱，所述至少一個第一散熱元件與所述至少一個磁頭元件保持某一距離；所述至少一個磁頭元件的第一示蹤導體；為所述至少一個發熱元件提供電流的第二示蹤導體；以及支撐所述薄膜磁頭的支撐結構。
14.權利要求13的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個磁頭元件包括一個感應式寫入頭元件和至少一個與所述感應式寫入頭元件鄰近的第二散熱元件，所述第二散熱元件用於接收所述感應式寫入頭元件產生的部分熱。
15.權利要求13的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個磁頭元件包括一個感應式寫入頭元件，且所述至少一個第一散熱元件的位置使其可以接收所述感應式寫入頭元件產生的部分熱。
16.權利要求13的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個第一散熱元件為具有預定面積的矩形，且所述矩形在磁軌寬度方向上的長度大於其在空氣支承面的垂直方向上的長度。
17.權利要求13的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個第一散熱元件就與所述至少一個磁頭元件的關係而言與空氣支承面相對。
18.權利要求13的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個磁頭元件包括一個磁阻讀取頭元件，所述磁阻讀取頭元件包括下屏蔽層和上屏蔽層，且所述至少一個第一散熱元件的位置在疊置方向上與所述下屏蔽層或所述上屏蔽層具有相同或幾乎相同的高度。
19.權利要求18的磁頭萬向架組件，其中所述磁阻讀取頭元件是巨磁阻讀取頭元件。
20.權利要求18的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個第一散熱元件包括單個散熱層，或有/無插入的絕緣層的多個散熱層的多層，且所述單個散熱層或所述多個散熱層的每層由與所述下屏蔽層、所述上屏蔽層以及所述感應式寫入頭元件的多個磁極層中的其中之一相同的材料構成。
21.權利要求13的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個第一散熱元件位於所述至少一個發熱元件以上。
22.權利要求13的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個第一散熱元件位於所述至少一個發熱元件以下。
23.權利要求13的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個第一散熱元件和所述至少一個發熱元件的每個都具有平面對稱形狀，且所述形狀的每個對稱平面都位於所述至少一個磁頭元件的垂直於空氣支承面的對稱平面內。
24.權利要求13的磁頭萬向架組件，其中所述至少一個磁頭元件包括一個用於縱向磁記錄或用於垂直磁記錄的感應式寫入頭元件。
25.磁碟驅動器裝置，包括至少一個磁頭萬向架組件，所述磁頭萬向架組件包括薄膜磁頭，所述薄膜磁頭包括至少一個用於寫和/或讀數據信號的磁頭元件；用於至少在所述至少一個磁頭元件的操作期間產生熱的至少一個發熱元件；以及與所述至少一個發熱元件鄰近的至少一個第一散熱元件，所述至少一個第一散熱元件用於接收所述至少一個發熱元件產生的部分熱，所述至少一個第一散熱元件與所述至少一個磁頭元件保持某一距離；所述至少一個磁頭元件的第一示蹤導體；為所述至少一個發熱元件提供電流的第二示蹤導體；以及支撐所述薄膜磁頭的支撐結構；至少一個磁碟；以及記錄/再現和發熱控制裝置，所述控制裝置用於控制薄膜磁頭向所述至少一個磁碟的讀寫操作，以及控制向所述至少一個發熱元件提供的電流。
26.權利要求25的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個磁頭元件包括一個感應式寫入頭元件和至少一個與所述感應式寫入頭元件鄰近的第二散熱元件，所述第二散熱元件用於接收所述感應式寫入頭元件產生的部分熱。
27.權利要求25的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個磁頭元件包括一個感應式寫入頭元件，且所述至少一個第一散熱元件的位置使其可以接收所述感應式寫入頭元件產生的部分熱。
28.權利要求25的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個第一散熱元件為具有預定面積的矩形，且所述矩形在磁軌寬度方向上的長度大於其在空氣支承面的垂直方向上的長度。
29.權利要求25的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個第一散熱元件就與所述至少一個磁頭元件的關係而言與空氣支承面相對。
30.權利要求25的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個磁頭元件包括一個磁阻讀取頭元件，所述磁阻讀取頭元件包括下屏蔽層和上屏蔽層，且所述至少一個第一散熱元件的位置在疊置方向上與所述下屏蔽層或所述上屏蔽層具有相同或幾乎相同的高度。
31.權利要求30的磁碟驅動器裝置，其中所述磁阻讀取頭元件是巨磁阻讀取頭元件。
32.權利要求30的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個第一散熱元件包括單個散熱層，或有/無插入的絕緣層的多個散熱層的多層，且所述單個散熱層或所述多個散熱層的每層由與所述下屏蔽層、所述上屏蔽層以及所述感應式寫入頭元件的多個磁極層中的其中之一相同的材料構成。
33.權利要求25的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個第一散熱元件位於所述至少一個發熱元件以上。
34.權利要求25的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個第一散熱元件位於所述至少一個發熱元件以下。
35.權利要求25的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個第一散熱元件和所述至少一個發熱元件的每個都具有平面對稱形狀，且所述形狀的每個對稱平面都位於所述至少一個磁頭元件的垂直於空氣支承面的對稱平面內。
36.權利要求25的磁碟驅動器裝置，其中所述至少一個磁頭元件包括一個用於縱向磁記錄或用於垂直磁記錄的感應式寫入頭元件。
全文摘要
提供一種在不但保證發熱操作可靠性、而且使讀輸出穩定的條件下，具有改善的伸出效率的薄膜磁頭。所述磁頭包括用於寫和/或讀數據信號的磁頭元件；用於至少在所述磁頭元件的操作期間產生熱的發熱元件；以及與所述發熱元件鄰近的第一散熱元件，所述第一散熱元件用於接收所述發熱元件產生的部分熱，所述第一散熱元件與所述磁頭元件保持某一距離。
文檔編號G11B21/21GK1892823SQ20061000291
公開日2007年1月10日 申請日期2006年1月27日 優先權日2005年6月28日
發明者太田憲和, 慄原克樹, 平林啟, 大池太郎, 松隈裕樹 申請人:Tdk株式會社